Η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα της σύγχρονης φυσικής. Πριν από 25 χρόνια, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το σύμπαν διαστέλλεται με αυξανόμενη ταχύτητα, ένα φαινόμενο για το οποίο δεν έχει βρεθεί ακόμα οριστική εξήγηση.
Η κατανόηση αυτής της επιτάχυνσης προϋποθέτει τη δοκιμή των θεμελιωδών νόμων της φυσικής, ειδικά της θεωρίας της γενικής σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν. Μια ομάδα ερευνητών από τα Πανεπιστήμια της Γενεύης (UNIGE) και της Τουλούζης III – Πολ Σαμπατιέ έχει συγκρίνει τις προβλέψεις του Αϊνστάιν με δεδομένα από την Έρευνα Σκοτεινής Ενέργειας (Dark Energy Survey, DES).
Τα αποτελέσματα δείχνουν μια μικρή απόκλιση που διαφέρει ανάλογα με την περίοδο της κοσμικής ιστορίας που αναλύεται, εγείροντας ερωτήματα για την εγκυρότητα των θεωριών του Αϊνστάιν όταν εφαρμόζονται σε φαινόμενα σε κοσμική κλίμακα.
Η Γενική Σχετικότητα του Αϊνστάιν και η βαρύτητα
Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν περιγράφει το σύμπαν ως έναν ελαστικό και παραμορφωμένο χωροχρόνο, ο οποίος επηρεάζεται από την ύλη και την ενέργεια.
Κατά την εποχή της διατύπωσής της, η θεωρία αυτή άλλαξε την κατανόηση του χώρου, του χρόνου και της βαρύτητας. Τα μαζικά αντικείμενα, όπως οι πλανήτες και οι αστέρες, προκαλούν παραμορφώσεις στο χωροχρόνο, οι οποίες δημιουργούν βαρυτικά πεδία. Αυτά τα πεδία επηρεάζουν την κίνηση των αντικειμένων και τη διαδρομή του φωτός.
Βίντεο
Τα αποτελέσματα αυτής της παραμόρφωσης είναι ορατά με διάφορους τρόπους, όπως στη βαρυτική εστίαση (gravitational lensing). Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται για να μελετηθεί η ύλη στο σύμπαν, καθώς τα βαρυτικά πεδία ενός γαλαξία ή μιας άλλης μεγάλης μάζας «εστιάζουν» το φως από πιο απομακρυσμένα αντικείμενα.
Τα δεδομένα της έρευνας της Σκοτεινής Ενέργειας (DES)
Η Έρευνα Σκοτεινής Ενέργειας (DES) είναι μια από τις μεγαλύτερες ερευνητικές πρωτοβουλίες για την κατανόηση του σύμπαντος.
Η έρευνα αυτή έχει ως στόχο να μελετήσει τη διαστολή του σύμπαντος και να εξετάσει τον ρόλο της σκοτεινής ενέργειας, της μυστηριώδους δύναμης που προκαλεί την επιτάχυνση της διαστολής.
Χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις από εκατοντάδες εκατομμύρια γαλαξίες, οι ερευνητές καταγράφουν τις παραμορφώσεις στο χωροχρόνο που προκαλούνται από τις μάζες των γαλαξιών και άλλων αστρικών αντικειμένων.
Οι ερευνητές αυτής της μελέτης χρησιμοποίησαν δεδομένα από την DES για να μελετήσουν τις παραμορφώσεις του χωροχρόνου σε τέσσερις διαφορετικές χρονικές περιόδους του σύμπαντος: 3,5, 5, 6 και 7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Με τον τρόπο αυτό, μπόρεσαν να παρακολουθήσουν την εξέλιξη των βαρυτικών πεδίων και τη σχέση τους με την επιταχυνόμενη διαστολή.
Τα αποτελέσματα της μελέτης
Τα αποτελέσματα από τις παρατηρήσεις της DES έδειξαν ότι τα βαρυτικά πεδία του σύμπαντος συμφωνούν πλήρως με τις προβλέψεις της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν μέχρι πριν από περίπου 6 δισεκατομμύρια χρόνια.
Ωστόσο, παρατηρήθηκε ότι τα βαρυτικά πεδία έγιναν πιο αδύναμα, δηλαδή πιο «ρηχά», τα τελευταία 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτή η απόκλιση συνέπεσε με την εποχή κατά την οποία η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος άρχισε να παρατηρείται.
Επιπτώσεις και προκλήσεις για τη θεωρία του Αϊνστάιν
Η ανακάλυψη αυτή εγείρει ερωτήματα σχετικά με την εφαρμογή της θεωρίας της γενικής σχετικότητας σε κοσμικές κλίμακες. Αν οι νόμοι της βαρύτητας δεν ισχύουν εξίσου σε όλες τις χρονικές περιόδους του σύμπαντος, αυτό θα μπορούσε να αλλάξει την κατανόησή μας για τη φύση της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας.
Παρόλο που η θεωρία του Αϊνστάιν έχει αποδειχθεί εξαιρετικά ακριβής σε μικρότερες κλίμακες, όπως στην κίνηση των πλανητών, η εφαρμογή της σε πιο μεγάλες κλίμακες του σύμπαντος παραμένει αμφισβητήσιμη.
Η Nastassia Grimm, μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης και συν-συγγραφέας της μελέτης, τόνισε ότι η απόκλιση από την θεωρία του Αϊνστάιν είναι περίπου 3-σίγμα, γεγονός που δεν είναι αρκετό για να αμφισβητήσει την εγκυρότητά της. Ωστόσο, η παρατήρηση αυτή ενδέχεται να είναι ενδεικτική για μελλοντικές ανακαλύψεις.
Το Three Sigma είναι το τρίτο επίπεδο Sigma, το οποίο υπαγορεύει ότι μπορεί να υπάρχει μόνο ένα περιθώριο σφάλματος έως και τρεις τυπικές αποκλίσεις από τον μέσο όρο. Αυτό σημαίνει ότι το 99,7% όλων των αποτελεσμάτων εμπίπτουν σε αυτό το εύρος ακρίβειας. Όλα τα επίπεδα Sigma μετρούν τον μέγιστο αριθμό επιτρεπόμενων ελαττωμάτων ανά ένα εκατομμύριο εξαρτήματα.
Συμπεράσματα και μελλοντικές προοπτικές
Τα ευρήματα αυτά ενδέχεται να ανοίξουν νέες προοπτικές στην κατανόηση της βαρύτητας και της σκοτεινής ενέργειας. Η γαλλο-ελβετική ομάδα ελπίζει ότι το Euclid, το διαστημικό τηλεσκόπιο που εκτοξεύθηκε το 2023, θα προσφέρει πιο ακριβή δεδομένα για να βοηθήσει στην επαλήθευση αυτών των αποτελεσμάτων.
Το Euclid είναι σχεδιασμένο να παρατηρεί πάνω από 1,5 δισεκατομμύρια γαλαξίες, παρέχοντας τις πιο ακριβείς μετρήσεις της βαρυτικής εστίασης και της παραμόρφωσης του χωροχρόνου.
Η ανακάλυψη αυτή δείχνει ότι, παρά τη μεγάλη επιτυχία της θεωρίας της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, η κατανόησή μας για το σύμπαν ενδέχεται να πρέπει να επανεξεταστεί, καθώς τα φαινόμενα της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας μπορεί να απαιτούν μια νέα προσέγγιση.